DE3903876C1

DE3903876C1 - Transmission with a continuously variable action, a starting clutch and gears for hydrostatic-mechanical operation or hydrostatic operation

Info

Publication number: DE3903876C1
Application number: DE19893903876
Authority: DE
Inventors: Friedrich Prof. Dr.-Ing. 4300 Essen De Jarchow; Ulrich Dipl.-Ing. 4350 Recklinghausen De Blumenthal
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1989-02-10
Filing date: 1989-02-10
Publication date: 1990-09-13
Anticipated expiration: 2009-02-11

Description

Getriebe der im Oberbegriff der Patentansprüche angegebenen Art eignen sich vorteilhaft für Kraftfahrzeuge, da sie sich in einem weiten Bereich stufenlos verstellen lassen und außerdem gute Wirkungsgrade haben. Der relativ große Verstellbereich der Übersetzung erlaubt den Betrieb der Brennkraftmaschine auf Vorzugskennlinien, wie auf der Kurve für minimalen Kraftstoffverbrauch, auf einer Linie für gutes Beschleunigungsverhalten oder wie auf einer Linie konstanter Drehzahl.

Die Patentschrift DE 31 47 447 C2 beschreibt ein Getriebe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Das Anfahren geschieht mit einer Reibungskupplung. Dadurch bauen die Verdrängermaschinen des hydrostatischen Getriebes verhältnismäßig klein. Diesem Vorteil steht der Nachteil gegenüber, daß im Stop-and- Go-Betrieb die Anfahrkupplung häufig betätigt werden muß, was ihren Verschleiß beschleunigt und den Fahrkomfort vermindert. Außerdem lassen sich Schleichgeschwindigkeiten beim Parken nur mit rutschender Anfahrkupplung verwirklichen. Ferner gibt es keine Möglichkeit des stufenlosen Reversierens.

Die Getriebe nach den Patentschriften US 38 88 139, US 37 09 060 und der Offenlegungsschrift DE 38 15 780 A1 stellen Beispiele dar, bei denen das Anfahren rein hydrostatisch geschieht. Diese hydrostatisch-mechanischen Lastschaltgetriebe vermeiden die vorstehend genannten Nachteile. Dafür bauen sie aber im allgemeinen aufwendiger, insbesondere müssen ihre Verdrängermaschinen größer sein.

Die DE-OS 23 40 514 beschreibt ein leistungsverzweigendes Verbundgetriebe, das alternativ sowohl rein hydrostatisch wirken kann. Es besteht aus einem dreiwelligen Planetengetriebe mit den Hauptgliedern Sonnenrad, Hohlrad und Planetenträger sowie einem hydrostatischen Stellgetriebe, das bei hydrostatisch-mechanischem Betrieb über Zahnräder die Hohlrad- und Sonnenradwelle koppelt und bei rein hydrostatischer Arbeitsweise mit Hilfe einer Schaltkupplung ein Hauptglied des Planetengetriebes gehäusefest setzt und auf diese Weise das Planetengetriebe als Übersetzungsgetriebe nutzt. Das Getriebe weist aber keine Anfahrkupplung und keine Nachschaltstufen auf. Die hydrostatischen Einheiten bauen daher relativ groß. Es stellen sich verhältnismäßig ungünstige Wirkungsgrade ein.

Auch die DE-PS 0 21 251 befaßt sich mit einem Getriebe, das aus einem dreiwelligen Planetengetriebe und einem parallel angeordneten hydrostatischen Stellgetriebe besteht und sowohl rein hydrostatisch als auch hydrostatisch-mechanisch betrieben werden kann. Dazu verbindet eine Doppelschaltzahnkupplung das über Zahnräder angeschlossene Hohlrad des Planetengetriebes entweder mit dem Gehäuse oder mit der Antriebswelle. Außerdem weist das Getriebe Nachschaltstufen auf. Die Schaltungen erfolgen aber mit Zugkraftunterbrechung. Dadurch verschlechtert sich das Beschleunigungsverhalten. Ferner fehlt eine Anfahrkupplung, wodurch relativ große Verdrängermaschinen notwendig werden und sich ungünstige Wirkungsgrade einstellen.

Die Erfindung folgt nun aus der Aufgabenstellung, eine Anfahrkupplung vorzusehen und die installierten Gänge sowohl für hydrostatisch-mechanischen Betrieb gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aber auch rein hydrostatischen Betrieb zu nutzen. Die Lösung der Aufgabe soll die vorher beschriebenen Mängel vermeiden.

Der Anspruch 1 beschreibt die erfindungsgemäße Lösung. Er ermöglicht nach Öffnen der Anfahrkupplung das Ein- oder Ausschalten eines rein hydrostatischen Gangs. Dies kann auch während der Fahrt geschehen, wenn die Doppelschaltkupplung gemäß Anspruch 2 das notwendige Ansynchronisieren leerlaufender Getriebeteile durchführt.

Die Fig. 1, 2 und 3 erläutern die Erfindung an Hand eines Beispiels.

Bei dem Getriebe nach Fig. 1 besteht das vierwellige Planetengetriebe aus der Planetenstufe I mit dem Sonnenrad 1′, Hohlrad 2′ und Planetenradträger s′ mit den Planetenrädern p′ und der Planetenstufe II mit dem Sonnenrad 1′′, Hohlrad 2′′ und Planetenradträger s′′ mit den Planetenrädern p′′.

Es bilden die Glieder s′′ und 2′ die Antriebswelle 1, die Glieder 1′ und 1′′ die Welle B für den Anschluß der volumenkonstanten Verdrängermaschine b, Glied s′ die langsamlaufende Koppelwelle E und Glied 2′′ die schnellaufende Koppelwelle A.

Die volumenverstellbare Verdrängermaschine a steht über die Zahnräder 3; 4 mit der Abtriebswelle 9 der Anfahrkupplung K in Verbindung. Die Verdrängermaschinen a und b gehören zum hydrostatischen Getriebe.

Wenn die Doppelschalt-Zahnkupplung Z 3 die Antriebswelle 1 mit der Abtriebswelle 9 der geschlossenen Anfahrkupplung K verbindet, verhalten sich die Koppelwellen so, daß sie bei einem Drehzahlverhältnis der Verdrängermaschinen n _b/n _a = -1 gleiche Drehzahlen aufweisen und daß sie beim Verstellen des hydrostatischen Getriebes in Richtung n _b/n _a = 1 ihre Drehzahlen so ändern, daß die Koppelwelle A stetig schneller und die Koppelwelle E stetig langsamer wird.

Die Doppelschalt-Zahnkupplung Z 1 kann den 1. Gang mit den Rädern 5; 6 oder den 3. Gang mit den Rädern 7; 8 und die Doppelschalt- Zahnkupplung Z 2 den 2. Gang mit den Rädern 5′; 6′ oder den 4. Gang mit den Rädern 7′; 8′ mit der Abtriebswelle 2 verbinden. Es gehören der 1. und 3. Gang zur Koppelwelle E und der 2. und 4. Gang zur Koppelwelle A.

Die Anfahrkupplung K befindet sich zwischen der Brennkraftmaschinenwelle 10 und der Welle 9. Bei geöffneter Kupplung K kann die Doppelschalt-Zahnkupplung Z 3, die Synchronisiereinrichtungen hat, die Antriebswelle 1 des Getriebes mit dem Getriebegehäuse O verbinden. Nach Schließen der Anfahrkupplung K fließt nun die gesamte Leistung über das hydrostatische Getriebe und anschließend bei eingeschaltetem 1. oder 3. Gang über die Planetenstufe I oder bei eingeschaltetem 2. oder 4. Gang über die Planetenstufe II zur Abtriebswelle 2. Die Doppelschalt- Zahnkupplungen Z 1 und Z 2 haben ebenfalls Synchronisiereinrichtungen. Dadurch kann man bei geöffneten Kupplungen K und Z 3 jeden gewünschten Gang auch während der Fahrt einlegen.

Rein hydrostatische Gänge erlauben Vorwärts- und Rückwärtsfahrt. Das Getriebe nach Fig. 1 hat eine solche Auslegung, daß im 1. Gang bei rein hydrostatischem Betrieb die gleichen Zugkräfte an den Fahrzeugtreibrädern erreicht werden wie bei hydrostatisch-mechanischem Betrieb. Bei einer Stop-and-Go- Fahrweise werden aber maximale Zugkräfte im allgemeinen nicht benötigt, so daß man auch im 2. oder 3. Gang rein hydrostatisch fahren kann. Dies bedeutet höhere Fahrgeschwindigkeiten als im 1. Gang.

Fig. 2 zeigt den auf die Antriebswelle bezogenen Verlauf der Drehzahl der Antriebswelle n₂/n₁ abhängig vom Drehzahlverhältnis n _b/n _a der Verdrängermaschinen a und b. Das Diagramm markiert die leistungsführenden Gänge und Koppelwellen bei hydrostatisch-mechanischem und bei rein hydrostatischem Betrieb. Im ersten Fall kann stets die volle Leistung der Brennkraftmaschine übertragen werden. Der zweite Fall erlaubt bei Teilleistung stufenloses Reversieren und Stop-and-Go-Betrieb bei geschlossener Anfahrkupplung. Auf Fahrerwunsch, z. B. bei einem kick down, wird von hydrostatischer auf hydrostatisch- mechanische Betriebsweise umgeschaltet.

Zur weiteren Erläuterung dienen die nachstehenden Auslegungsbeziehungen und die angenommenen Zahlenwerte. Bei hydrostatisch- mechanischem Betrieb bedeuten i ₁₂ _Δ die größte und i _12x die kleinste betragsmäßige Übersetzung als Drehzahlverhältnis von Antriebswelle 1 und Abtriebswelle 2.

Mit i ₁₂ _Δ = -3,4 und i _12x = -0,425 wird das Gesamtstellverhältnis der stufenlosen Übersetzung bei hydrostatisch-mechanischem Betrieb ϕ _g = i ₁₂ _Δ/i _12x = 8. Mit 4 Gängen folgt für das Einzelstellverhältnis, d. h., das Verhältnis der maximalen zur minimalen Drehzahl einer Koppelwelle

Es gelten für das Zähnezahlverhältnis von Hohlrad und Sonnenrad bei der Planetenstufe I z _2′/z _1′ = -(ϕ + 1)/(ϕ - 1) = -3,94 und bei der Planetenstufe II z _2′′/z _1′′ = -(2/ϕ - 1) = -2,94. Ferner folgen die Zähnezahlverhältnisse für den 1. und 2. Gang z₆/z₅ = z _6′/z _7′ = i ₁₂ _Δ/ϕ = -2,02 und für den 3. und 4. Gang z _8′/z _7′ = i ₁₂ _Δ/_ϕ³ = 0,72. Somit werden bei rein hydrostatischem Betrieb die Übersetzungen zwischen der Welle B und der Abtriebswelle 2 im 1. Gang (1 - z _2′/z _1′) (z₆/z₅) = -9,98, im 2. Gang (z _2′′/z _1′′)(z _6′/z _5′) = 5,94, im 3. Gang (1 - z _2′/z _1′)(z₈/z₇) = -3,56 und im 4. Gang (z _2′′/z _1′′)(z _8′/z _7′) = 2,12. Der maximale Betrag der auf die Antriebsleistung des Getriebes bezogenen hydrostatischen Leistung wird |P _h/P₁|_max = (ϕ - 1)/2 = 0,34.

Da der Betrag des maximalen hydrostatischen Leistungsflusses nur 34% der maximalen Brennkraftmaschinenleistung beträgt, muß eine Regelung für eine entsprechende Begrenzung der Drehmomente von der Brennkraftmaschine sorgen.

Fig. 3 zeigt das Kennfeld der Brennkraftmaschine. Das Diagramm stellt das Drehmoment T abhängig von der Drehzahl n dar, enthält die Vollastlinie V, Linien konstanter Leistung P, Kurven konstanten Drosselklappenwinkels α, eine Fahrwiderstandslinie W für stationäres Fahren in der Ebene bei eingelegtem 3. Gang und rein hydrostatischer Betriebsweise sowie eine Grenzlinie G für das Drehmoment der Brennkraftmaschine. An dieser anschraffierten Grenzlinie herrscht der maximal zulässige Betrag des hydrostatischen Differenzdrucks |Δ p|_max. Die Grenzlinie G beschreibt auch den Verlauf des Verdrängungsvolumenverhältnisses |V _a/V _amax|. Dieser Wert verändert sich von Null auf Eins mit dem Drosselklappenwinkel von 0° auf 15°. Bei 15° Drosselklappenwinkel hat die Verdrängermaschine a den maximalen Betrag ihres Volumens erhalten.

Bei Erreichen der Grenzkurve G spricht das Überdruckventil an. Dadurch erhöht sich die Drehzahldifferenz zwischen den Verdrängermaschinen. Diese Vergrößerung kann als Regelsignal für eine Rücknahme des Gaspedals dienen. Die Regelung erfordert also ein elektronisches Gaspedal.

Claims

1. Getriebe, insbesondere für Kraftfahrzeuge, bestehend aus einer Anfahrkupplung, einem vierwelligen Zahnräder-Planetengetriebe, einem dazu parallel angeordneten stufenlos einstellbaren hydrostatischen Getriebe und aus weiteren Zahnrädern, wobei Schaltkupplungen mehrere Gänge realisieren, in denen jeweils das hydrostatische Getriebe eine stufenlose Verstellung der Übersetzung des gesamten Getriebes bewirkt, wobei bei hydrostatisch-mechanischem Betrieb der Gangwechsel bei synchronen Drehzahlen, lastfrei und ohne Zugkraftunterbrechung erfolgt
dadurch gekennzeichnet,
daß eine Doppelschaltkupplung die Antriebswelle (1) des Getriebes entweder an die Abtriebswelle (9) der Anfahrkupplung (K) oder an das Getriebegehäuse (O) anschließen kann und daß die volumenverstellbare Verdrängermaschine (a) des hydrostatischen Getriebes mit der Abtriebswelle (9) der Anfahrkupplung (K) in Verbindung steht.

2. Getriebe nach Anspruch 1
dadurch gekennzeichnet,
daß die Doppelschaltkupplung als Zahnkupplung ausgebildet ist und Synchronisiereinrichtungen aufweist.